以STEM理念為引領，探索科技教育新路子

陳堅宏

摘要：通過以STEM教育理念為引領，在科技制作活動和科技調查活動等方面探索出適合的教育新路子，才能使學生逐步形成科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，激發學生的科學潛能，培養學生熱愛科學、崇尚科學的品質，養成不畏困難、勇攀高峰的科學精神。

關鍵詞：STEM教育理念 科技教育 新探索

原全國人大常委會副委員長、中國科學院院長路甬祥在談及我國科技發展的戰略目標時曾提出，“在建黨100周年前后，科技整體水平達到世界科技強國的中等水平”。要實現這一目標，關鍵是青少年一代的科技素養要大大提高，這就對中小學科技教育提出了明確的要求。因此，在中小學科技教育活動中，我們不僅要將包括自然科學、技術、工程和數學等多學科在內的多學科交叉融合的STEM教育理念貫穿其中，而且還要根據科技教育活動、實踐活動的內容探索出適合科技教育傳播的新路子。

一，以STEM理念為引領，探索科技制作活動的教育新路子

科技制作為人類創造出很多前所未有的新事物，是學?？萍冀逃闹匾M成部分。通過STEM教育理念為引領，才能在科技制作教育活動中探索出適合本校的新路子。

在最初階段，應向學生介紹自然科學、技術、工程和數學等相關學科的基礎知識，為學生STEM素養的養成奠定堅實的基礎。在介紹這些學科知識的時候，不能單獨地介紹某一學科知識，也不能純粹地介紹知識，那樣學生很容易厭倦而失去學習的信心，而應通過結合一些生動的例子將相關學科知識滲透其中。例如，結合廣州塔，向學生介紹材質的化學成分及鍛造、物理上力的平衡、技術含量、工程建造知識及所運用的數學知識等，達到學科知識的交叉融合，學生的興趣也更加濃厚。

在學生正式進行科技制作前，應先進行STEM相關學科的基礎操作和技能訓練，為學生后續開展科技制作提供保障。學生從到實驗室進行化學、物理、生物實驗的基本操作開始，練習鉗工、電動工具、數學工具等的使用。例如，通過“百變飲料：白酒-紅酒-雪碧牛奶”趣味化學小實驗，既可以讓學生學習化學實驗基本操作，又可以激發他們的興趣。又如，通過“電子百拼”積木讓學生感受電學的魅力，然后通過相對綜合性的小實驗如用廢舊鐵片制作一把尺子，將前面的操作綜合運用起來，這樣可以培養學生的STEM素養。

在前面的基礎上開展各式各樣的科技小制作、科技小發明活動，可以通過如下步驟充分挖掘學生綜合運用STEM各學科知識解決問題的能力。

（1）通過引導確定科技小制作活動的題目。若是學生本身有自己的想法，只要行得通，就鼓勵學生開展下去；而對于沒有想法的學生，可以啟發其從課堂演示的某些實驗入手，進行實驗改進，或者觀察生活中的物品，發現存在的不足并進行改進。在活動中，有學生根據某些化學物質隨溫度變化而出現顏色變化的現象提出了“變色溫度計”的題目，有學生根據課堂上演示的焰色反應現象不明顯提出了“焰色反應改進”的題目，還有學生根據某些零件表面不平整提出了制作“零件打磨器”的想法。對于學生所提的題目，應要求他們找出相應的理論支撐，對違背理論的內容進行修改，這有助于培養學生嚴謹的科學態度，也是學生科學素養形成的途徑之一。

（2）引導學生制訂研究方案，準備相關材料和查閱資料。例如，在學生制作零件打磨器之前，先讓學生上網查找目前市面上的各類打磨器，分析其中的不足，制訂改進方案，在草稿紙上畫出設計圖并購買相應的材料。

（3）學生開始科技制作，在此過程中，教師要關注學生的進展情況，引導學生及時總結，發現問題，運用STEM知識調整研究方案并予以解決。例如，學生利用數學中的二面角原理制作出了直角打磨器（第1代，如圖1a），通過測試發現打磨出來的切角確為直角。這時，我提問學生很多時候零件切面并不是直角，而是各種不同的角度，那么我們的直角打磨器就不能用了，怎么辦？為此，學生開始研究能夠適合于任意角度的產品。這時技術難題出現了，既要可以隨意調整角度和板材高度，又必須在磨角時能夠相對固定裝置。此時學生已經能夠自覺上網查閱資料，并設計出可擰緊的滑輪控制裝置。經過一番努力，第2代作品——精簡版任意角打磨器（如圖1b）成功問世。但由于第2代作品相對不牢固，因此學生進一步對其進行優化，制作出第3代作品——精致版任意角打磨器（如圖1c），它適用于打磨不同的切角，并帶有刻度，亦可測定切角厚度。

（4）引導學生學會保護自己的作品成果，申報實用新型專利，將成果推向市場。

在制作零件打磨器的過程中，學生不僅需要保持方案和制作過程的科學性，解決利用切刀切割KT板、銼刀打磨、角度固定等技術問題；而且突破了打磨板不能更換，而采用單獨的打磨板塊，通過更換打磨板上的砂紙、砂布改變打磨面的目數等工程問題；還運用到數學中二面角等原理。極大地促進了學生的STEM素養的同步提高。

此外，在STEM教育中還可以滲透文化教育，比如結合地方和學校文化特色開展與端硯相關的科技制作活動。學生上網查閱端硯石的形成過程，運用化學知識設計探究端硯石主要成分的方案，對端硯石廢料進行成分探究，得出結論，撰寫實驗報告。在此過程中，不僅培養了學生的STEM素養，還培養了學生熱愛地方文化，達到情感態度價值觀的全面提高。

二、以STEM理念為引領，探索科技調查活動的教育新路子

科技調查活動是科技教育的另一種形式，它是以調查報告或論文等形式進行呈現，在社會科學類研究中具有舉足輕重的作用。在學?？萍冀逃?，與科技制作擺在同樣重要的位置。

在科技調查活動開始前要讓學生學習調查的方法、數據統計分析的方法等，這是學生科學素養和技術素養形成的重要一環。科技調查活動的方法是否科學合理關系到最終結論的可靠性。對此我主要通過往屆學生調查的例子介紹調查方法和數據統計分析的方法，著重介紹SPSS分析軟件的使用，幫助學生更好地理解。

為了能夠更好地與課本所學知識相聯系，因此開展科技調查活動一定要及時，方能更好地培養學生的科學素養。例如，學生在學完氮、硫及其化合物之后，我設計了“肇慶城區主要空氣污染物的調查”活動；在學生學了原電池之后，我設計了“廢舊電池的回收與利用”調查活動；在學生學了有機合成材料之后，我設計了“別讓‘白色成為校園的‘一景——中學生帶白色飯盒進校園的調查”活動。這樣才能使學生所學環保知識及時得到應用，環保意識得到鞏固。

在前面的基礎上以STEM教育理念指導學生開展科技調查活動，促進學生在科學、技術、工程、數學等方面素養的提高。下面以《肇慶城區初中生上下學方式與獨立性的相關性調查及研究》為例進行介紹。首先，學生上網查閱研究現狀，設計學生問卷和家長問卷，應用韋煒編制的“青少年的獨立能力量表”調查城區初中學生的獨立能力，并進行實地考察和個別訪談，這是保證調查科學性的第一步。其次，學生對收回的有效問卷進行編號處理，再用excel軟件按學生、量表、家長的分類進行錄入，進行數據分析，并用SPSS進行初中生上下學方式與獨立能力的相關性分析。這可以培養學生的技術素養和數學素養。最后，學生就相關數據分析提出相應的結論和建議，撰寫成論文。這時還可以設計一些問題讓學生思考，比如“我們研究的目的是要了解初中生接送上下學與獨立性的關系，還需要怎樣的宣傳工作？如果是全社會呢，該怎么做？”引導學生發揮計算機的作用，制作出內容充實的宣傳海報在學校進行宣傳，開展主題班會，制作網頁在網上發布，讓更多的家長正確認識接送孩子上下學可采用的方法和技巧。向社會宣傳環節可以促進學生工程素養的提高，符合科技教育的要求。

三、以STEM理念為引領，探索其他科技活動形式的教育新路子

除了前面提到的科技制作、科技調查活動形式外，我還開展其他形式的科技活動，包括實踐能力挑戰賽、科普攝影、科普漫畫等，拓寬學生的視野，從另外的角度培養學生的STEM素養。

在實踐能力挑戰賽中，我設計諸如“紙橋的力量”這樣的題目，讓學生用報紙做出規定規格的紙橋模型并進行承受力測驗。學生在此過程需要借鑒真實橋體的設計思路，進行承受力點的相關計算等，綜合考查了他們在科學、技術、工程和數學方面的知識。在科普攝影活動中，學生利用DV等拍攝出符合條件的科普作品。在科普漫畫（如圖2）中，學生充分發散了他們的思維，將未來的科技設想展現在漫畫之中。這些設想要符合科學的要求，也是鍛煉學生的STEM素養的好辦法。

少年強則國強，科技強則國強，科技教育要從小抓起，教師要以STEM教育理念作為引領，加強對青少年的科學素養、技術素養、工程素養和數學素養的早期綜合培養，探索出一套適合科技教育的新路子，為學生未來走上社會提供技術支撐，為國家培養所需的后備科技人才。我相信，只要堅持以STEM教育理念為引領的科技教育，在所有科技教師的共同努力下，實現科技強國的目標指日可待，實現中華民族偉大復興的“中國夢”也就不遙遠了。

點評

就中小學科學教師和校內外科技輔導員而言，要想在科學教育中有所創新，一方面要堅持中國教育模式的深入實踐和探索，另一方面則要注意吸收國外特別是一些發達國家的先進教育理念或教育模式。本文作者即是以源于美國的STEM教育理念為指導，結合自身實踐從3個層面進行了探索：以STEM理念為引領，探索科技制作活動的教育新路子；以STEM理念為引領，探索科技調查活動的教育新路子；以STEM理念為引領，探索其他科技活動形式的教育新路子。論文敘述相對清晰，所描述“跨學科”培養青少年綜合素養之做法，對廣大科技輔導員具有一定的參考價值。

如果作者在上述論文中，能夠對所依據的STEM教育理念有更深入的分析，對自身實踐和探索的效果有科學數據予以支撐，則本文的科學性和學術性還有望獲得提升。

——翟立原（中國青少年科技輔導員協會理論工作委員會副主任委員，第25屆全國青少年科技輔導員論文征集活動評審委員會主任委員）